Nombre: RAQUEL SEGURA AGUILARMatricula: 96226327Teléfono: 56915736

Licenciatura: HIDROBIOLOGÍADivisión: CBS

Trimestre: 03-O

Título del proyecto de investigación:“CARBON STORES, SEQUESTRATION, PROTECTION ANDMENAGEMENT OF COASTAL SWAMP FORESTS WETLANDS

OF MÉXICO”

Título del trabajo de servicio social:“DINAMICA ESPACIO–TEMPORAL DE NUTRIENTES EN LA

LAGUNA DELA MANCHA, VERACRUZ, MÉXICO”.

Nombre del asesor interno:FRANCISCO CONTRERAS ESPINOSA

Lugar de realización:LABORATORIO DE ECOSISTEMAS COSTEROS, DPTO.

HIDROBIOLOGÍA. UNIVERSIDAD AUTÓNOMAMETROPOLITANA.

Clave de registro: H.006.02

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Nombre: RAQUEL SEGURA AGUILAR

Matricula: 96226327

Teléfono: 56915736

Licenciatura: HIDROBIOLOGÍA

División: CBS

Trimestre: 03-O

Título del proyecto de investigación:

“CARBON STORES, SEQUESTRATION, PROTECTION AND MENAGEMENT OF COASTAL SWAMP FORESTS WETLANDS OF

MÉXICO”

Título del trabajo de servicio social: “DINAMICA ESPACIO–TEMPORAL DE NUTRIENTES EN LA LAGUNA DE

LA MANCHA, VERACRUZ, MÉXICO”.

Nombre del asesor interno: FRANCISCO CONTRERAS ESPINOSA

Lugar de realización:

LABORATORIO DE ECOSISTEMAS COSTEROS, DPTO. HIDROBIOLOGÍA. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA.

Clave de registro: H.006.02

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Nombre: Raquel Segura Aguilar Matricula: 96226327 Licenciatura: Hidrobiología Título: Dinámica espacio–temporal de nutrientes en la laguna de la Mancha, Veracruz, México. Registro del servicio social: H.006.02. Fecha de entrega: 22 de septiembre de 2003 Nombre y adscripción del asesor: Francisco Contreras Espinosa. Profesor titular “C” T.C. Departamento de Hidrobiología. División C.B.S

RESUMEN Parte del conocimiento sobre la ecología lagunar de la Mancha se adquiere en la medida en que se estudien las variaciones espacio- temporal de factores hidrológicos, concentración de nutrientes y sus fuentes, reflejadose en la productividad de la laguna. De acuerdo a las temporadas climáticas, la barra de la laguna presenta un comportamiento intermitente, debido a que se abre dos veces al año (temporada de lluvias y nortes) y cerrándose dos veces en temporada de secas. Los ortofosfatos presentan sus máximas concentraciones (14 µg-at/l) en la temporada de lluvias, el amonio representa de un 80 a 90% del nitrógeno inorgánico total sin presentar variantes a escala temporal, los nitratos y nitritos son asimilados en un 90% en los ríos antes de llegar a la laguna. La relación de Redfield (N:P) induce a pensar que existe una limitación de nitrógeno. Las mayores productividades se presentan cuando la barra esta cerrada y se registran condiciones autotróficas. El tiempo de residencia del agua cuando la barra esta abierta es de cuatro días, llevandose a cabo el intercambio en día y medio. Bajo las condiciones de barra cerrada los tiempos de residencia e intercambio para los dos períodos son diferentes, debido a los diferencias entre el aporte por ríos, precipitación y la tasa de evaporación presentadas en cada período. Los balances calculados para los nutrientes, indican que el fósforo y nitrógeno son retenidos en condiciones de barra cerrada debido a que los flujos son negativo, en barra abierta los flujos son positivos reflejando una exportación.

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DINAMICA ESPACIO–TEMPORAL DE NUTRIENTES EN LA LAGUNA DE LA MANCHA

VERACRUZ, MEXICO

INTRODUCCION Estudios de diferentes disciplinas se han realizado en la zona costera de nuestro país, por lo cual resulta conveniente definir lo que es zona costera, de acuerdo a LOICZ (Interacciones Tierra-Océano en la Zona Costera) “ la zona costera va desde las planicies costeras hasta el límite de la plataforma continental, ésto corresponde aproximadamente a 200 metros por arriba del nivel medio del mar hasta 200 metros por debajo” dentro de esta definición se incluyen diversos ecosistemas, uno de ellos son las lagunas costeras, que de acuerdo a Lankford (1977) son “sistemas acuáticos semicerrados situados por debajo del nivel máximo de las mareas más altas y con su eje mayor paralelo a la costa, puede estar separado del mar por algún tipo de barra ya sea permanente o efímera, lo cual da como resultado una mezcla de agua de diferentes características (marina y continental) y es conocida como estuarinidad ”. A nivel mundial la zona costera representa aproximadamente 350,000km de línea de costa con gran diversidad de ecosistemas, su volumen representa el 0.2% del volumen del oceáno, por lo tanto la zona costera es un franja delgada pero sumamente importante y frágil. (Gattuso et al., 1998). Las lagunas costeras han sido clasificadas como ecosistemas muy productivos (Knoppers and Kjerfve, 1999) que por sus características hidrológicas y ecológicas presentan complejas interacciones entre sus componentes básicos “sedimento-agua-animales-plantas” desempeñando diversas funciones y suministrando productos que han sostenido al hombre durante siglos, por ello la importancia de su comprensión y documentación.

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La línea costera de nuestro país tiene aproximadamente 12, 000 kilómetros, presentando una gran diversidad de condiciones hidrográficas, de las cuales aproximadamente 1,567,000ha corresponden a superficies estuarinas, de éstas el Pacífico posee 892,800ha y el Golfo de México y Caribe 674,500ha. A nivel nacional la región del Golfo de México es la que presenta un mayor número de lagunas costeras debido a que en esta región se encuentran los ríos más caudalosos del país. (Lankford, 1977). Dentro de los fenómenos más importantes en el flujo energético de los ecosistemas acuáticos está la cantidad de nutrientes, que son básicamente compuestos nitrogenados y fosfatados; los cuales junto con la luz y el CO2 determinan en primera instancia la productividad primaria fitoplanctónica del sistema, considerada como la base fundamental de la trama trófica acuática (Contreras et al., 1994). Sin embargo, no es tanto la presencia de nutrientes lo que tiene relevancia sino la relación que existe entre ellos, la cual es interpretada en la relación de Redfield (N:P) (Redfield, 1958). De acuerdo a Smith (1984) el fósforo es considerado como limitante en aguas dulces, mientras que el nitrógeno lo es en aguas oceánicas, por lo tanto los sistemas estuarinos-lagunares, al presentar la dominancia temporal de algún tipo de agua ya sean continental o marina, podrían representar la posible alternancia de estas dos formas de nutrientes y de su variabilidad . Por otro lado a través del desarrollo de modelos numéricos que describen la dinámica bíogeoquimica de elementos importantes, como son carbono, nitrógeno y fósforo (CNP) en ecosistemas costeros, es posible conocer de que manera los flujos de estos elementos pueden modificarse en un futuro debido a cambios ambientales y antropogénicos. (Gordon et al., 1995). Actualmente se realiza en La Mancha el proyecto de investigación binacional (México-Canada) “Carbon stores, sequestration, protection and menagement of coastal swamp forests wetlands of México” debido a que en esta zona se conjuntan varios ecosistemas costeros, esto permite conocer de una manera integral el papel que juega la zona costera en el ciclo del carbono en el ámbito mundial.

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La investigación científica en la laguna de la Mancha se realiza desde el año 1977, en la cual fue decretada zona de reserva, los temas de investigación han sido variados e incluyen inventarios de flora y fauna, ecología de dunas costeras, interacciones planta-animal, efectos de la perturbación sobre la fauna, etc. Sin embargo, la mayoría de estos estudios han sido enfocados a comunidades terrestres, por ello se percibe una carencia de información sobre aspectos hidrológicos, particularmente en la laguna; ya que de las 85 publicaciones científicas sobre esta área (Castañeda y Contreras, 2001) solamente dos trabajos corresponden a aspectos hidrológicos (Villalobos et al., 1984 y Matus et al., 1992). Conocer la ecología lagunar resultó de interés para este estudio, ya que esta proporciona recursos pesqueros que son explotados por los lugareños. Con los pocos antecedentes sobre aspectos hidrológicos fue necesario llevar a cabo un análisis actualizado de las variaciones espacio- temporal de estos factores, determinar las concentraciones de fósforo y nitrógeno y sus fuentes. La determinación del intercambio de nutrientes entre la laguna y el mar es una de las contribuciones de este trabajo en la investigación sobre el balance de carbono en la zona costera veracruzana.

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OBJETIVO GENERAL

Cuantificar e interpretar el comportamiento espacio-temporal de los nutrientes en la laguna de La Mancha, Ver.

OBJETIVOS PARTICULARES

Cuantificar espacio-temporalmente la cantidad de fósforo y nitrógeno inorgánico en la laguna.

Realizar un balance de los nutrientes en la laguna de acuerdo al modelo LOICZ 2000.

Analizar el intercambio de nutrientes de la laguna con el mar.

Interpretar la relación N:P (Nitrógeno: Fósforo) y su importancia con la productividad primaria fitoplanctónica de la laguna.

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AREA DE ESTUDIO La laguna de la Mancha está ubicada en la planicie costera del Golfo de México, en la costa veracruzana. Se localiza a los 96° 22’ de longitud Oeste y 19° 30’ de latitud Norte a 30 km. aproximadamente al noreste de la Ciudad de José Cardel (Km. 27.5, carretera federal número 180 Cardel-Nautla) en el municipio de Actopan, Veracruz (Fig 1). La región de la Mancha tiene un clima cálido subhúmedo con lluvias en verano (AW2), la temperatura máxima extrema es de 34°C, la mínima de 16°C y un promedio anual entre 22 y 26°C. La precipitación oscila entre 1200 y 1500 mm anuales (García, 1973). La llanura litoral incluye una depresión prelitoral con laguna y pantanos, un sistema de dunas transversales y una costa mixta irregular, en la cual alternan playas estrechas de poco oleaje con acantilados. En una superficie de 70ha. se presentan tres ambientes contrastantes pero íntimamente ligados por sus interacciones ecológicas: mar, laguna costera, humedales y comunidades terrestres. En esta área interactúan los siguientes tipos de vegetación: selva mediana subperennifolia, selva baja caducifolia, selva baja perenifolia inundable, manglar, vegetación de dunas y tular. En la zona marina existen ceibales (fanerógamas marinas), asi como asociaciones de algas marinas y una pequeña zona arrecifal. (Novelo, 1978; Travieso y Moreno, 1998) El manglar ocupa en la Mancha un área aproximadamente de 190ha, en donde se han encontrado árboles de hasta 15m de alto hacia la parte interna de la laguna y de 5m en las zonas cercanas a la boca. Las especies de árboles reportadas son la cuatro registradas en México: Rhizophora mangle (mangle rojo), Avicennia germinans (mangle negro), Laguncularia recemosa (manglar blanco) y Conocarpus erectus (mangle botoncillo) (Rico-Gray, 1978; Hernández y López, 1998). Con respecto a la zona de humedales, el tular está dominado por Typha domingensis, Pontederia sagittata (en la zona más húmeda) y en la parte norte se encuentra la selva baja inundable de Annona glabra.

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En lo referente a la laguna, ésta tiene una forma alargada en el sentido norte-sur, con un angostamiento conocido como el Crucero que separa dos cuerpos de agua mayores. La parte sur presenta dos aportes permanentes de agua dulce conocidos como Caño Grande o río Gallego y el río Sábalo; en la zona norte el agua dulce proviene principalmente de escurrimientos de diversas partes, entre los que se encuentran los humedales, en esta zona se recibe también agua del riachuelo San José el cual aporta agua sólamente cuando se abren los canales de riego, utilizados para el cultivo y ganaderia. La laguna tiene una extensión de 132 ha, con una longitud aproximada de 3 km. El volumen que alberga cuando la barra está cerrada es de 1.6 x106 m3 que disminuye en un 82.5% al abrirse la barra y establecerse el flujo de agua lagunar hacia el mar, equivalente a 1.3 x 106 m3. El volumen mínimo cuando la barra se encuentra abierta es de 2.8 x 105 m3, esto es aproximadamente el 17.5 % de su capacidad (Villalobos et al ., 1984). Fig 1. Vista aérea de la laguna de la Mancha (fotografía proporcionada por el CICOLMA)

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MATERIAL Y METODO Para la cuantificación de cada uno de los parámetros físico-químicos se llevaron a cabo cinco muestreos bimestrales en la laguna de la Mancha, que abarcaron desde Junio de 2002 a Febrero de 2003 tomando en cuenta las principales épocas climáticas, esto fue con la finalidad de analizar el comportamiento de estos parámetros y su relación con los aportes de agua continental y marina. Las estaciones de muestreo se establecieron en el primer mes de estudio (Junio-02) procurando cubrir las principales características lagunares y estableciendo un total de doce estaciones. (Fig 2). Morfológicamente la laguna está formada por dos cuerpos de agua comunicados por un canal llamado el crucero (E8), en la parte sur de la laguna se ubicaron siete estaciones (E1 a la E7), las estaciones E1 y E4 corresponden al río Caño Grande y Sábalo respectivamente; las estaciones E2 y E5 corresponden a las salidas de los canales de los ríos; estas áreas se encuentran rodeadas por bosque de manglar; las estaciones E3, E6, E7 corresponden al espejo de agua lagunar y en las cercanías de estas estaciones se encuentran ubicadas pequeños islotes de manglar conocidos como Pajareras. Finalmente, en la parte norte se ubicaron cuatro estaciones (E9 a E12) esta área recibé influencia de agua dulce solo por escurrimientos, por ejemplo en la E9 se encuentra ubicado un canal conocido como San Jóse, el cual aporta agua dulce sólamente cuando se abren los canales de riego utilizados en tierras aledañas en el cultivo de caña de azucar, en época de lluvias en la E11 se reciben las aguas provenientes de la zona de humedales, principalmente de la laguneta y de los potreros diseñados para la ganadería.

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Fig 2. Representación de las estaciones de muestreo en la laguna de la Mancha, el color

verde en el mapa representa la vegetación circundante de la laguna siendo principalmente manglar.

Para el análisis temporal de los nutrientes en la laguna de la Mancha, se contemplaron dos períodos de secas, estos fueron: enero-mayo y noviembre- diciembre; la temporada de lluvias de junio-octubre y finalmente la temporada de nortes que se presentan en los meses de noviembre-marzo. El contemplar dos períodos de secas permitió analizar de una manera particular las dos condiciones de barra cerrada presentadas en el sistema durante el estudio.

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Evaluación de parámetros físico-químicos: Para la toma de muestras se utilizó una botella muestreadora tipo van Dorn, ya que esta permite obtener la muestra a una profundidad conocida y además facilita transferir el agua colectada a botellas de vidrio o plástico sin causar agitación o aereación. El registró de la temperatura, salinidad, pH y turbidez se hizo utilizando una Sonda Multiparamétrica HORIVA U-22. La transparencia (profundidad hasta la cual se puede ver un objeto a través del agua) se estimó por medio del disco de Secchi.

El oxígeno disuelto fue medido in situ de acuerdo al método analítico de Winkler, modificado por Strickland y Parsons (1972), en donde la cantidad de yoduro formado es proporcional a la cantidad de O2 presente originalmente en la muestra. La cantidad de yoduro es estimada por medio de la titulación, con una solución estándar de tiosulfato de sodio.

Evaluación de nutrientes y productividad primaria: Las muestras de agua fueron filtradas a través de filtros Whatman 47 mm. La técnica para la determinación de nitritos está basada en la reacción de Griess, en la que el ion nitrito reacciona con la sulfanilamida a un pH ácido, produciendo un compuesto “azo” que reacciona con NED(N-1 naftiletilendiamina dihidrocloro) para formar un tinte rosa intenso o púrpura (Strickland y Parsons, 1972). Los nitratos fueron determinados por el método de reducción de nitratos a nitritos, por medio de una columna de reducción, que contiene limadura de Cadmio cubierta con cobre metálico. A la muestra se le agrega una solución concentrada de cloruro de amonio, para producir un efecto amortiguador en la solución y formar un complejo de cadmio, que es oxidado durante la reducción de los nitratos. (Strickland y Parsons, 1972).

Con respecto al amonio se determinó de acuerdo a la técnica propuesta por Solórzano (1969), en la cual el amonio reacciona con el fenol y el hipoclorito en condiciones alcalinas, para formar el azul indofenol, el desarrollo del color es proporcional a la concentración de amonio total.

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En el caso de los ortofosfatos se utilizó el método propuesto por Murphy y Riley (1962), en el cual los ortofosfatos solubles reaccionan con el heptamolibdato de amonio en un medio ácido para formar, en primer lugar, un complejo de color amarillo (ácido fosfomolíbdico) y en segundo lugar, en presencia de un agente reductor (ácido ascórbico) el complejo se reduce a azul de molibdeno, en forma lenta, razón por la cual se agrega tartrato de antimonio y potasio para acelerar dicha reacción. De esta forma, la cantidad de azul de molibdeno es proporcional al contenido de ortofosfatos solubles en la muestra.

Para la cuantificación de cada uno de los nutrientes en el laboratorio, se realizaron las lecturas de acuerdo a la longitud de onda propuesta para cada técnica, empleando un espectrofotómetro marca Beckman DU-65.

El índice N:P se calculó dividiendo las concentraciones de las formas nitrogenadas inorgánicas entre los ortofosfatos (Redfield, 1968; Redfield et al., 1963). La evaluación de la productividad primaria se realizó in situ mediante el método de la botella clara y obscura sugerido por Gaader y Gran (1927). Elaboración de balances LOICZ: En lo referente a la elaboración de los balances de salinidad y nutrientes se realizaron con base a la metodología propuesta por Smith et al., (1997). En estos modelos se requiere de información básica del sistema en estudio, tal como: extensión espacial, topografía, volumen de agua, tipos de hábitats dominantes, etc. El modelo matemático usado para hacer los balances toma en cuenta todos los aportes de agua dulce, como son: los ríos, escurrimientos y agua subterránea. También se consideraron los intercambios con la atmósfera: precipitación y evaporación, y finalmente se considera el intercambio con el océano. En función de ésto se calcula el balance, es decir una serie de ecuaciones de balance de masas, que permite inferir el funcionamineto del ecosistema. La metodología para el balance de agua, es similar para la salinidad y nutrientes inorgánicos disueltos (nitrógeno y fósforo).

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Durante el estudio pudo observarse que la barra se encuentra abierta durante la temporada de lluvias y cerrada en época de secas, sin embargo en el mes de febrero la barra se abrió debido a la influencia de “nortes” siendo mayor la influencia de agua marina en comparación a la de agua dulce, ya que la salinidad en la laguna aumenta de 15 a 23 ups. El aporte de agua dulce por precipitación al área lagunar durante la temporada de secas es de 291, 720 m3 y en lluvias de 1, 510, 080 m3. (Fig.3)

Fig 3. Precipitación media mensual en la región de La Mancha (Fuente estación climatológica CICOLMA)

Los muestreos bimestrales (Junio 2002-Febrero 2003) permitieron observar el comportamiento intermitente de la barra y sus implicaciones en los cambios de volumen de la laguna. Conocer esta dinámica es importante debido a las interacciones entre laguna-mar y con ello la exportación e importación de nutrientes (Tabla 1). El volumen promedio de la laguna cuando la barra se encuentra cerrada es de 1, 782,000m3 y al momento de abrirse, se exporta hacia el mar el 50% de su volumen manteniéndose así durante cuatro meses. (Fig. 4)

Precipitación en La Mancha (1973-2002)

0

50

100

150

200

250

300

E F M A M J J A S O N D

Mes

mm

14

Temporada Muestreo Barra Prof. Prom

(m) Volumen (m3)

Lluvias 21-Jun-02 Cerrada 1.4 1,848,000 Lluvias 9-Ago-02 Abierta 0.7 924,000 Lluvias 18-Oct-02 Abierta 0.5 660,000 Secas 13-Dic-02 Cerrada 1.3 1,716,000 Secas 14-Feb-03 Abierta 0.6 792,000

Tabla 1. Condiciones de la barra y sus implicaciones en los cambios de volumen en la laguna de acuerdo a los meses de muestreo.

Fig 4 . Volumen (m) que presenta la laguna de la Mancha cuando la barra se encuentra abierta o cerrada (Area lagunar = 1, 320, 000 m2).

El aporte de agua dulce o marina en el sistema no solamente influye en los cambios de volumen en la laguna, sino tambien en el comportamiento de la salinidad, por ello el análisis espacio-temporal permitió observar que la laguna no sólamente está dividida desde el punto de vista morfológico, sino también por el comportamiento de este parámetro; de tal manera que la laguna presenta zonas de mayor influencia dulceacuícola (Zona Sur) , zonas con mayor influencia marina (Zona Noreste) y zonas con características intermedias.

Cerrada Abierta Abierta Cerrada Abierta

1,848,000 m3

924,000 m3660,000 m3

1,716,000 m3

792,000 m3

Barra

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De manera general, la laguna de la Mancha se considera un sistema mesohalino, la cual se encuentra influenciada por aportes de agua dulce y marino. En la figura 5 se observa como el río Caño Grande (E1) presenta a lo largo del año un aporte constante de agua dulce, ya que las salinidades no sobrepasan las 5 ups, el río Sábalo (E4) presenta su mayor aporte sólamente en época de lluvias; de tal manera que en temporada de lluvias las zonas adyacentes con mayor influencia de agua dulce corresponden a las estaciones 2 y 3. El aporte de agua dulce de estos dos ríos origina que el área restante de la parte sur (E5 a E8) no sobrepasen los 20 ups. La zona norte de la laguna (E9 a E12) presenta salinidades mayores a 20 ups a lo largo del año, pero cuando la barra se encuentra abierta la influencia marina abarca hasta la estación 10 con salinidades de 34 ups. En época de nortes la influencia de agua marina llega hasta la desembocadura del río caño Grande (E2) manteniendo salinidades de 20 a 30 ups, debido a que la corriente de agua marina se mueve de norte a sur abarcando así uana mayor área de influencia.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

SALINIDAD (ups)

0-10 10-20 20-30 30-40

Fig.5 . Comportamiento espacial de la salinidad, diferenciando los dos cuerpos acuáticos que conforman a la laguna, uno con mayor influencia dulceacuícola y el otro con mayor influencia

marina.

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ANALISIS TEMPORAL El conocer la dinámica de la barra es una herramienta valiosa que permitirá explicar el comportamiento temporal de los nutrientes. De manera resumida se presentan las concentraciones promedio de cada uno de los nutrientes cuantificados, así como valores de salinidad, oxígeno, productividad neta e índice N:P determinados en cada uno de los muestreos. Más adelante se explica de manera individual el comportamiento de cada nutriente de acuerdo a la temporada climática que imperaba en esos momentos, así como la influencia de las condiciones de la barra. (Tabla 2).

Mes Sal (ups)

OD (ml/l)

PN (mgC/m3/h)

NH4+ NO3

- NO2- Ntot PO4

+

N:P

Jun 15.3 3.19 131.4 9.07 2.19 0.25 11.51 8.46 1.36

Agot 19 2.85 18.01 8.33 0.23 0.09 8.65 13.8 0.62

Oct 15.2 2.87 36.17 5.57 0.79 0.44 6.79 14.1 0.48

Dic 15.4 2.31 156.93 7.62 0.57 1.4 9.59 4.56 2.10

Feb 23 3.5 48.12 9.74 1.5 0.96 12.2 4.31 2.83

Tabla 2. Concentraciones promedio de los principales parámetros físico-químicos. Las unidades de los nutrientes se encuentran en µg-at/l (Junio 2002-Febrero 2003).

• ORTOFOSFATOS La máxima concentración promedio (14 µg-at/l) se presenta en la temporada de lluvias, lo cual indica que uno de los principales aportes de este nutriente hacia la laguna son los ríos, ya que comparando estas concentraciones con las presentadas en la temporada de seca no sobrepasan los 6 µg-at/l (Fig. 6 ).

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Fig.6. Concentraciones de ortofosfatos en relación a la temporada de lluvias o secas. Para conocer el aporte de ortofosfatos a través del río Caño Grande y Sábalo, se midieron las concentraciones de estos nutrientes en las entradas de los afluentes a la laguna (Tabla 3), dando como resultado que las mayores concentraciones de ortofosfatos se encuentran en la parte sur, área en la cual se encuentran localizados los principales aportes de agua dulce del sistema . La exportación de fósforo a través de los ríos de áreas no cultivadas es menor en comparación con zonas en la cuales se llevan a cabo actividades agrícolas, el cambio de uso de suelo a actividades agrícolas origina un incremento en la erosión y con ello una mayor exportación de particulas de fósforo hacia aguas costeras. Por ejemplo en el Golfo de México cerca del 60 al 90% del flujo de particulas provenientes de tierras agrícolas es fósforo. (Howarth et al., 2002).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

E F M A M J J A S O N D mes

µg-at/l 0

50

100

150

200

250

300

mm

PO4 PRECIPITACION(mm)

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Tabla 3. Comparación entre la concentración promedio de ortofosfatos en la laguna y en los principales afluentes de agua dulce, entre ellos esta Caño Grande (r2= 0.85) y Sábalo

(r2 = 0.86) (concentración en µg -at/l) De acuerdo a la dinámica lagunar, cuando la barra está abierta se observa que las concentraciones de ortofosfatos son mayores, probablemente se deba al aporte de este nutriente a través de fuentes alóctonas, como son los ríos. Ya que en la parte norte de la laguna existe una mayor influencia de agua marina y se registran las menores concentraciones de ortofosfatos, la estacion doce situada en la barra evidencia una menor concentración de ortofosfatos. Cuando la barra se encuentra cerrada las concentraciones de ortofosfatos se mantienen similares. (Fig.7).

Fig.7. Concentraciones promedio de ortofosfatos cuando la barra se encuentra abierta o cerrada

Junio Agosto Octubre Diciembre Febrero

Laguna 8.46 13.81 14.13 4.56 4.31 Río Caño Grande

9.48 13.09 20.96 3.84 4.85

Río Sábalo 7.35 15.47 n.d 5.6 7.16

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 estaciones

µg-at/l

Barra cerrada Barra abierta

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Tomando en consideración el estudio de Contreras et al., (1996) reportan un intervalo de ortofosfatos de 0.01 a 5 µg -at/l, por lo cual se distingue que las concentraciones reportadas en el presente estudio son mayores (4 a 14 µg -at/l) a las reportados para otras lagunas costeras. Además de lo anterior, en el año de 1984 Villalobos y colaboradores reportan un promedio anual de ortofosfatos de 4.67 µg -at/l en la región de estudio, lo que equivale aproximadamente a un 50% menos a las concentraciones reportadas en este trabajo (9.3 µg -at/l). dichos valores permiten observar como a lo largo de los últimos 19 años se han incrementado las concentraciones de ortofosfatos en el sistema laguna. Esto es probablemente una consecuencia de la utilización de los ríos Caño Grande y Sábalo para fines de riego en los cultivos de caña de azucar que se han intensificado en la región. De acuerdo al censo de agricultura realizado por el INEGI en el municipio de Actopan (Tabla 4), en el año de 1980 la caña de azucar no era el principal cultivo de la región, ya que eran el maíz y arroz, sin embargo para el año 2000 el 50% de la superficie de cultivo se destina principalmente al cultivo de caña de azucar y al maíz, siendo en su totalidad cultivadas por riego. Lo más crítico ha sido el uso de fertilizantes, lo cual ha sido significativo en esta región, ya que en la década de los 80, el 89% de la superficie de cultivo era fertilizada y actualmente el área de cultivo aumentó al doble y los ferlizantes se utilizan en un 93% en las tierras de cultivo. Sin embargo, el problema de las descargas de aguas con nutrientes inorgánicos no se centra solamente a las actividaes agrícolas, sino también al incremento de los asentamientos humanos.

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Tabla 4. Datos estadísticos sobre las actividades humanas desarrolladas en el municipio de

Actopan, Ver en los años de 1980 y 2002.(Fuente INEGI)

• AMONIO Este nutriente presentó poca variabilidad a lo largo del año, ya que las concentraciones se detectaron en el intervalo de 5 a 9 µg-at/l, el amonio no estuvo influenciado por las temporadas climáticas. Por ejemplo, en la época de lluvias las concentraciones promedio fueron de 7.6 µg -at/l y en la temporada de secas de 6 µg-at/l (Fig.8). La concentración promedio de amonio en el río Caño Grande es de 8.82 µg -at/l y en la desembocadura de 8.92 µg -at/l, de tal manera que la concentración de amonio, ya sea con barra abierta o cerrada, es similar (Fig.9).

Municipio de Actopan 1980 Culivos Sup.riego (ha) Sup.temporal (ha)1942 habitantes maíz 787 4780

111 localidades totales frijol 129 197 chayote 100 0

7,247ha para cultivo pepino 9 0 6,462ha sup.fertilizada jitomate 273 0

chile 38 0 sandia 7 0

calabaza 10 0 arroz 560 357 Total 1913 5334

Municipio de Actopan 2000 Culivos Sup.riego (ha) Sup.temporal (ha)5011 habitantes maíz 136 5892

299 localidades totales arroz 185 0 sandia 4 35

12,845ha para cultivo papaya 48 246 11,964ha sup.fertilizada caña 6299 0

Total 6672 6173

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La presencia de este nutriente en el sistema se mantuvo durante los nueve meses de muestreo representando de un 80% a un 97% del nitrógeno inorgánico total, lo que indíca una tendencia a la heterotrófia, debido al uso agrícola del suelo adyacente. Esta característica ha sido documentada también por Kaspar (1983), reportando concentraciones altas de amonio en la superficie de los sedimentos y en columna de agua en sistemas que reciben aporte de aguas provenientes de actividades agrícolas.

Fig.8 . Concentraciones de amonio de acuerdo a la temporada climática.

Fig.9 . Concentraciones de amonio bajo condiciones de barra abierta o cerrada.

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2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12estaciones

µg-at/l

Barra abierta Barra cerrada

0

2

4

6

8

10

12

E F M A M J J A S O N D mes

µg-at/l 0

50

100

150

200

250

300

mm

NH4 PRECIPITACION(mm)

22

Las variaciones de amonio desde un punto de vista bíogeoquimico, es producido por la reducción de nitratos, sin embargo se considera solo como una pequeña parte de la asimilación total de los mismos, ya que aproximadamente un 70 a 95% de la reducción de nitratos corresponde a la denitrificación (Kaspar, 1983), por lo tanto el amonio no presenta grandes variaciones durante el estudio. Al comparar la concentración anual de amonio obtenidos en este trabajo ( 8 µg -at/l) con el reportado por Villalobos et al., (1984) (4.32 µg -at/l) se evidencia un aumento del doble en las concentraciones de este nutriente.

• NITRATOS Y NITRITOS En el caso de los nitratos y nitritos (Fig.10) las concentraciones fluctuaron entre los 0-2 µg -at/l, presentándose el valor mínimo en el mes de agosto (0.3 µg -at/l) el cual corresponde a la temporada de lluvias. Villalobos et al., (1984) reportaron un promedio anual de 3.27 µg -at/l con máximos en agosto (8.44 µg -at/l). Como puede observarse se presenta un comportamiento contradictorio entre estos dos trabajos, es decir que hace prácticamente diecinueve años existía un aporte significativo de nitratos y nitritos a través de los afluentes de agua dulce, sin embargo actualmente el aporte de esta forma nitrogenada a través de los ríos ha disminuido a la mitad. Cabe mencionar que estas formas nitrogenadas no presentaron una estacionalidad con respecto a la temporada de lluvias o secas. Contreras et al., (1996) reportan un intervalo de 0.01-5 µg -at/l de estas formas nitrogenadas y hacen referencia sobre el aporte de estos nutrientes a través de los ríos. Sin embargo el aporte de estos nutrientes a través de los ríos es poco significativa para la laguna, situación que se ve reflejada en las bajas concentraciones de estos nutrientes, no solo reportadas en este estudio sino también por Villalobos et al., (1984).

23

Fig.10 . Concentraciones de nitratos y nitritos de acuerdo a la temporada de lluvias o secas. Considerando el comportamiento de la barra y su influencia sobre las concentraciones de nitratos y nitritos, se observa que cuando la barra esta cerrada los valores son ligeramente superiores a los presentados con barra abierta (Fig. 11).

Fig.10 Fig11 . Comportamiento de nitratos y nitritos de acuerdo a las condiciones de la barra.

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 estaciones

µg-at/l

Barra abierta Barra cerrada

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

E F M A M J J A S O N D mes

µg-at/l 0

50

100

150

200

250

300

mm

NO3+NO2 PRECIPITACION(mm)

24

• DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES Se ha afirmado que el fitoplancton puede estar limitado por la disponibilidad de nutrientes, por ello diversos estudios referentes a la limitación de fósforo o nitrógeno en el crecimiento del fitoplancton, indican que el fósforo es considerado el nutriente limitante en ambientes de agua dulce y el nitrógeno lo es a su vez en ambientes marinos y estuarinos (Hecky y Kilham, 1988). A través de la evaluación de las tres formas nitrogenadas (NH4

+, NO3-,

NO2-) presentes a escala temporal en la laguna, se infiere que el nitrógeno

fue el nutriente limitante. Dado que las concentraciones de nitratos y nitritos en la laguna fueron muy inusuales con respecto a otros sistemas lagunares, se infiere que estas formas nitrogenadas están siendo utilizadas en algún proceso biogeoquímico, como puede ser la denitrificación (NO3

- N2) llevada a cabo por bacterias anaeróbicas facultativas, las cuales utilizan nitratos o nitritos como aceptores terminales de electrones durante la oxidación de materia orgánica, produciendo N2, NO o N2O (Payne, 1973). Es posible, que también se esté presentando una reducción de nitratos a amonio (NO3

- NH4+) (Kioke y Hattori, 1978; Sorensen, 1978). De acuerdo

a Hecky y Kilham (1988) estos procesos traen como consecuencia una remoción de los nutrientes, originando anomalías locales con respecto a la proporción relativa de los elementos esenciales. Esta característica se ve reflejada en su momento en la laguna de la Mancha, de ahí la importancia de conocer la dinámica de remoción del nitrógeno fijado ya que esto regula en cierta medida la cantidad de producción primaria (Fig.12).

25

Fig.12 . Dinámica de las formas nitrogenadas en la laguna de la Mancha. La iniciales BC se refieren a barra cerrada y BA a barra abierta, de acuerdo al mes en que se presento esta

característica. Estos dos procesos ocurren a bajas concentraciones de oxígeno o en condiciones anaerobias, por ejemplo Sybil (1988) ha estudiado el efecto del oxígeno en los procesos de denitrificación tanto en ambientes de agua dulce como marino, reportando que concentraciones de oxígeno de aproximadamente 0.2 mg/l o menores favorecen los procesos de desnitrificación en agua o en sedimento. En el caso de este estudio las concentraciones de oxígeno presentes en la laguna a lo largo de los nueve meses de muestreo no sobrepasaron los 4 ml/l en la columna de agua, por lo que los preocesos de denitrificación posiblemente pueden verse favorecidos. Al observarse bajas concentraciones de nitratos y nitritos en la laguna fue necesario analizar estos nutrientes en el río Caño Grande, el cual desemboca directamente a la laguna y es considerado el principal aporte de agua dulce al sistema. De acuerdo a los resultados obtenidos se observó que en el río se utilizan aproximadamente el 90 % de los nitratos y nitritos antes de llegar a la laguna, como consecuencia de esto el aporte a través del Caño Grande es bajo (Fig. 13).

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

BC BA BA BC BA µg - at/l 0

2

4

6

8

10

µg - at/l

NO3 NO2 NH4

26

Con base en estos resultados se infiere que la disminución en las concentraciones de nitratos y nitritos se deba a procesos de desnitrificación en el río y como consecuencia se ve disminuida la cantidad de nitrógeno transportado a la laguna través de este. Se pudo observar que el río Caño Grande recibe una cantidad importante de nutrientes de origen antropogénicos principalmente nitrógeno proveniente de la fertilización de los cultivos de caña realizado en tierras aledañas. Este comportamiento no solo se observó en el río, sino también en un pequeño arroyo conocido como el Cañal, el cual recibe las aguas de riego utilizadas en los cultivos de caña del poblado de la Mancha, dichas aguas arriban a la parte norte de la laguna.

Fig.13 . Concentración de nutrientes en el principal aporte de agua dulce a la laguna. La estación 1 representa la desembucadura del río Gallego.

En arroyos y ríos la desnitrificación es reconocida como una forma potencial de pérdida de nitrógeno basado en las deficiencias de los balances de masa de nitratos o nitrógeno total. Por lo tanto, se considera que la desnitrificación contribuye a controlar el grado de eutroficación en los ambientes acuáticos (Sybil, 1988; Kaushik y Robinson, 1976).

2.35

10

8.922

10.38

24.29

8.82

4.11

30.25

11.38

0 10 20 30 40 50 60

NH4

NO3+NO2

PO4

µg-at/l

Estacion 1 Río Gallego Cañal

27

• RELACIÓN NITROGENO: FOSFORO ( N:P ) La relación de Redfield (C:N:P) explica la cantidad de nutrientes requeridos para el crecimiento del fitoplancton, esta relación atómica en organismos marinos es de 106:16:1. Por lo tanto, la relación que se da entre los nutrientes y la productividad primaria fitoplanctónica adquiere una gran relevancia, en donde la proporción que guarda el nitrógeno y el fósforo entre si es de 16:1 (Atkinsom y Smith, 1983). Con base en lo anterior se han realizado diversas investigaciones para conocer las posibles limitaciones de alguno de estos dos nutrientes (Hecky y Kilham, 1988). En lo referente a nuestro estudio el comportamiento que presentaron cada uno de los nutrientes de acuerdo a la dinámica de la barra y su efecto en el índice N:P se observan en la figura 14. El valor del índice N:P disminuye (<1) cuando la barra está abierta y aumenta a 2 cuando la barra se cierra, debido a que las concentraciones de fósforo y nitrógeno total son inversas. El mes de febrero presentó influencia de nortes y se ve reflejado en el índice N:P el cual fue inverso a los meses en los cuales la barra estaba abierta, esto es debido a que el aporte de nitrógeno del mar a la laguna fue mayor y a su vez las concentraciones de ortofosfatos se mantuvieron muy similares al muestreo anterior cuando la barra estaba cerrada, por tal motivo el valor de N:P es uno de los más altos (2.8) para este estudio.

Fig.14 . Relación N:P (Redfield et al, 1963) de acuerdo a la actividad de la barra.

0 .00

2 .00

4 .00

6 .00

8 .00

10 .00

12 .00

14 .00

16 .00

Ju nBC AgoBA OctBA D icBC Feb BABarra

mg-

at/l

0 .0 0

0 .5 0

1 .0 0

1 .5 0

2 .0 0

2 .5 0

3 .0 0In

dice

NTOT PO4 N:P

28

Rinaldi et al., (1992) hacen referencia a que una relación N:P menor a 5 en aguas costeras es interpretado como una limitante de nitrógeno y un valor mayor a 10 se considera indicativo de una limitación de fósforo. De acuerdo a los resultados obtenidos, en la laguna de la Mancha el nutriente limitante durante el estudio fue el nitrógeno. La disponibilidad de los nutrientes registrados en el presente trabajo concuerdan con las reportadas por Villalobos et al., (1984) los cuales reportan una relación N:P en la laguna de 2:1, como consecuencia de la alta concentración de fósforo, situación que aún se presenta en el sistema, a pesar de que los nutrientes reportados en el actual estudio son mayores a las concentraciones reportadas por Villalobos y colaboradores (1984).

• PRODUCTIVIDAD PRIMARIA El lo referente a la productividad, determinada a partir de la demanda biológica de oxígeno (DBO), se obtuvo una producción neta anual de 78.12 mgC/m3/h, y una respiración de 52.50 mgC/m3/h. Los valores más altos de producción neta se registraron cuando la barra está cerrada (131 mgC/m3/h y 157 mgC/m3/) ya que se tiene una mayor concentración de nitrógeno total inorgánico del cual el mayor aporte es el amonio con un 78 % en promedio, el 22% restante corresponde a nitratos y nitritos, los ortofosfatos en estos meses presentan las menores concentraciones. Cuando la barra estuvo abierta se presenta un comportamiento inverso, es decir se tienen los valores mas bajos de productividad primaria pero a su vez se tienen las mayores concentraciones de ortofosfatos y las menores de nitrógeno, exceptuando a febrero. (Fig. 15 ). La relación entre la producción primaria total y la respiración total (P/R) en las comunidades, es usada para clasificar cuantitativamente a dichas comunidades de acuerdo a sus características heterotróficas o autotróficas (Odum, 1956). En la laguna de la Mancha se cuantificó esta relación, dando como resultado que la producción y la respiración presentan una relación inversamente proporcional (Fig. 16 ).

29

Cuando la barra está abierta la relación es menor a 1, lo cual indíca que el sistema presenta características heterotróficas; en cambio cuando la barra está cerrada el sistema tiene características autotróficas ya que la relación es mayor a 1. El mes de febrero que ha sido la excepción en este estudio, presentó características autotróficas (P/R >1).

Fig.15. Comportamiento de la productividad de acuerdo a la disponibilidad de nutrientes bajo la dinámica de la barra.(BC: barra cerrada, BA: barra abierta).

Por lo tanto se observa que los meses heterotróficos (agosto y octubre) se caracterizan por presentar una mayor tasa de respiración y bajas productividades, es decir que existe una mayor demanda de oxigeno, ésto se ve reflejado en las bajas concentraciones de oxígeno disuelto en el sistema (2.8 ml/l). Las características autotróficas en el sistema indícan que se tienen altas productividades y una menor tasa de respiración, sin embargo cabe resaltar que las concentraciones de oxígeno disuelto siguen siendo bajas (3 ml/l) lo cual nos evidencia que el sistema en general, presenta una alta demanda de oxígeno, como consecuencia de la oxidación de materia orgánica.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

JunBC A goBA Oc tBA Dic BC Feb BABarra

mg-

at/l

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

mgC

/m3/

h

NTOT PO4 PN

30

Fig. 16. Producción neta y respiración en la laguna de la Mancha, observándose un comportamiento inverso entre estos dos procesos. (BC: barra cerrada, BA: barra abierta).

Finalmente se percibe como la disponibilidad de cada uno de los nutrientes influye sóbre la productividad de la laguna, caracterizándola como un sistema autotrófico o heterotrófico de acuerdo al metabolismo que presentan sus comunidades primarias, ya que para condiciones autotróficas se tiene una mayor concentración de nitrógeno y a su vez una menor de fósforo, por lo tanto el índice de Redfield es mayor a las condiciones heterotróficas.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Jun-02BC AgoBA OctBA D icBC Feb-03 BAbarra

mgC

/m3/

h

P roductividad ne ta R es p iracion

31

ANÁLISIS ESPACIAL Anteriormente se abordó el comportamiento temporal de los nutrientes de acuerdo a las condiciones climáticas que presenta la región, así como la influencia de las condiciones de la barra sobre la dinámica de los mismos. Sin embargo es necesario conocer la dinámica de estos nutrientes no solo en el tiempo sino también en el espacio, debido a las múltiples interacciones que se presentan en la laguna, ya sea con la vegetación circundante o con la flora y fauna que alberga, debido a las entradas de agua dulce que alimentan a la laguna, las interacciones entre agua-sedimento, etc. así como desde el punto de vista morfológico. Por ello como se mencionó en la metodología se estableció una red de 12 estaciones, cubriendo en la medida de lo posible las interacciones antes mencionadas (Fig 17).

Fig.17. Estaciones de muestreo en la laguna de la Mancha.

32

• OXIGENO DISUELTO

El análisis del oxígeno disuelto a escala temporal no evidencio cambios significativos, sin embargo en terminos espaciales se pudo determinar que las concentraciones de este elemento registrados en la parte sur de la laguna son poco favorables (menores a 3 ml/l) para el desarrollo de los consumidores primarios, ya que éstos requieren de cantidades mayores a 3.5 ml/l para su sobrevivencia y crecimiento, de acuerdo a lo propuesto por Swingle (1969). Las estaciones E1 a la E5 corresponden al área con mayor influencia de agua dulce; así como de vegetación circundante, principalmente manglar. A partir de la estación 6 y toda la zona norte de la laguna, las concentraciones de este elemento son más favorables para el desarrollo de los consumidores primarios, por lo cual es factible encontar en esta area los bancos de ostiones y almejas que se han establecido naturalmente y también los que han sido construídos por los pescador. (Fig 18). Es importante resaltar que en las cercanias de las Est 8, 12 y 11 existe un banco de pastos marinos de Halodule wrightii los cuales son considerados también como productores primarios en ecosistemas acuáticos, por lo tanto juegan un papel importante en las concentraciones de oxígeno disuelto de la laguna. A lo largo del estudio pudo observarse que el mes de diciembre fue el más crítico con respecto al oxígeno disuelto, ya que la concentraciones no superaron los 2.5 ml/l en toda la laguna, ésto a pesar de que diciembre fue considerado un mes autotrófico, condición que podría parecer contradictoria; sin embargo, los procesos de respiración disminuyeron considerablemente.

33

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

OXIGENO DISUELTO (ml/l)

0-2 2-4 4-6

Fig.18 . Distribución del oxígeno disuelto en la laguna de la Mancha.

• AMONIO Al analizar de manera espacial cada uno de los nutrientes representa en cierta medida algunas complicaciones, ya que en este caso es necesario hacer referencia sobre los procesos biogeoquímicos implicados de una manera particular. El comportamiento espacial del amonio se muestra en la Fig. 19 observando que las estaciones con una mayor concentración (10-25 µg-at/l) se ubican en la parte sur, ésto es en las áreas cercanas a los islotes de manglar. Con respecto a la zona norte solamente las estaciones E9 y E11 presentan concentraciones mayores a 10 µg-at/l en ciertos meses del año, este aumento se presenta cuando la zona recibe agua proveniente de los escurrimiento ya sea de los humedales o de los canales de riego; los cuales se abrieron en el mes de diciembre.

34

El resto de las estaciones tanto en la parte sur como en la norte presentan concentraciones de amonio menores a los 10 µg-at/l prácticamente durante todo el año. Para el mes de febrero el aporte de agua dulce a través de los ríos fue unos de los causantes del aumento de amonio en esta zona, ya que en las E1, E2, E4 y E5 se registraron concentraciones de amonio superiores a los 10 µg-at/l.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

AMONIO (mg-at/l)

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25

Fig. 19. Distribución espacial del amonio en la laguna de la Mancha.

• NITRATOS Y NITRITOS Otra de las formas nitrogenadas presentes en la laguna fueron los nitratos y nitritos, los cuales se mantuvieron en su mayoria en concentraciones menores a los 2 µg-at/l, presentando mayor concentración la Est 1 la cual corresponde al río Caño Grande, sin embargo la Est 4 correspondiente al río Sabalo no presenta ningún aumento en el aporte de este nutriente. En cambio las estaciones más cercanas a los islotes de manglar (Est 5, 6 y 7) llegan a presentar mayores concentraciones de nitratos y nitritos. (Fig. 20).

35

Este comportamiento espacial permite observar que la parte sur del laguna llega a presentar las mayores concentraciones de nitratos y nitritos en comparación con la zona de mayor influencia marina (Est 12,11,10,9, en orden descendente). De esta manera el bajo aporte de este nutriente a la laguna se relaciona principalmente a los ríos. Sin embargo, como se mencionó en el análisis temporal todo parece indicar que existe un consumo de estos nutrientes en el caudal de los ríos debido a procesos microbiológicos.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

NITRATOS Y NITRITOS (mg-at/l)

0.00-2.00 2.00-4.00 4.00-6.00 6.00-8.00

Fig. 20. Comportamiento espacial de nitratos y nitritos en la laguna de la Mancha. Gattuso et al. (1998) resaltan la importancia de los ríos como los mayores aportadores de nutrientes y carbono orgánico del continente al oceáno, sin embargo esto puede verse afectado por las actividades antropogénicas. De alguna manera la laguna de la Mancha está presentando modificaciones de sus condiciones autotróficas a heterotróficas, debido a que el sistema está siendo limitado por nitrógeno.

36

• ORTOFOSFATOS Su comportamiento espacial se puede observar en la Fig. 21, las estaciones que presentaron concentraciones mayores a los 10 µg-at/l se ubican en la zona sur, a su vez se observa la influencia de este nutriente en la zona noroeste de la laguna (Est 9 y 10) cuando el aporte de agua dulce es mayor (octubre) provenientes tanto de la parte sur como de los escurrimientos del área de humedales.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

ORTOFOSFATOS (mg-at/l)

0.00-10.00 10.00-20.00 20.00-30.00

Fig. 21. Comportamiento espacial del fósforo inorgánico en la laguna de la Mancha.

Las mayores concentraciones registradas se presentaron en las Est 1,2,3 y 5 con valores por arriba de los 20 µg-at/l. En los periodos en los cuales la laguna recibe menos influencia dulceacuícola los valores de ortofosfatos no sobrepasan los 10 µg-at/l, esta situación se presentó durante todo el año en las Est 12 y 11, las cuales presentan una mayor influencia de agua marina (salinidades mayores a los 29 ups).

37

De acuerdo al análisis espacial se puede observar que la parte norte de la laguna es la que presenta una menor concentración (< 10 µg-at/l) de fósforo inorgánico, sin embargo estas concentraciones son consideradas altas para este tipo de ecosistemas costeros (Contreras et al., 1996). Por ello en los períodos en los cuales existe un mayor concentración de ortofosfatos el sistema presenta características heterotróficas, siendo más acentuada en la parte sur.

• PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Este comportamiento espacial de los nutrientes se relacionó con uno de los procesos biológicos más importantes en todo ecosistema acuático, la productividad primaria (Odum, 1956). Fue posible detectar las estaciones con mayor productividad (mayores a 100 mgC/m3/h) en el período autotrófico de diciembre, éstas se concentran en toda la parte norte de la laguna, en las Est 1,3,5,7 y en el Crucero (Est8, 240 mgC/m3/h), prácticamente toda la laguna presentó elevada productividad, situación favorable para los bancos de ostión y almeja que se encuentran ubicados en la zona norte cercanos a las estaciones 10 y 11. (Fig 22). La Est 12 (136 mgC/m3/h) y la Est 8 (148 mgC/m3/h) fueron las que presentaron mayor productividad durante el muestreo. Como se mencionó anteriormente, estas estaciones presentan en sus cercanías un banco de pastos marinos de Halodule wrightii, sin embargo la contribución de los pastos a la productividad de la laguna depende de varios factores, como: dominancia de especies, competencia interespecífica, condiciones climáticas (temperatura y luz), disponibilidad de nutrientes, presencia de herbívoros y de los disturbios antropogénicos que se presenten en el sistema (Thursby et al., 1984). Por lo cual es conveniente estudiar estos parámentros en investigaciones posteriores que permitan conocer su papel en el metabolismo total de la laguna de la Mancha.

38

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Jun

Agost

Oct

Dic

Feb

Estaciones

PRODUCTIVIDAD PRIMARIA (mgC/m3/h)

0.00-100.00 100.00-200.00 200.00-300.00

Fig. 22. Comportamiento espacial de la productividad primaria en la laguna de la Mancha.

Se presentaron a lo largo del estudio períodos en los cuales la respiración es superior a la produccidad primaria, siendo las estaciones 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 las menos productivas (0 a 30 mgC/m3/h), todas estas estaciones presentan influencia de vegetación de manglar. A pesar de ésto el metabolismo en la columna de agua en las estaciones es heterotrófico debido a la descomposición de la materia orgánica, pero hay que considerar que la cantidad de materia orgánica en los sedimentos del manglar dependerá de la cobertura de este y de la geomorfología del sitio, ya que la materia orgánica puede quedarse acumulada o puede ser exportada a sitios adyacentes. (Gattuso et al., 1998).

39

APLICACIÓN DE MODELOS LOICZ EN LA LAGUNA DE LA MANCHA

El desarrollo de modelos numéricos que describan la dinámica biogeoquímica de elementos importantes, como son carbono, nitrógeno y fósforo (CNP) en ecosistemas costeros, permite conocer de que manera los flujos de estos elementos pueden modificarse en un futuro debido a los cambios ambientales. A través de la modelación sobre la dinámica de CNP se puede detallar un sistema que presenta un gran número de variables y procesos, sin embargo un simple balance requiere relativamente una menor cantidad de variables y puede ser construído en un período más corto. Los resultados de la medición pueden ser muy diversos, ya que pueden ir desde una simple estimación de la cantidad de materia y energía, o la descripción temporal de un solo proceso, así como la descripción matemática de las interacciones en un ecosistema. Los modelos de LOICZ pueden ser de dos tipos, espaciales o temporales. Existen tres escalas espaciales definidas en términos de la longitud de la línea de costa, estos son:

a) Local (~1-100km): esta contiene hábitats tales como, marismas, bosques de manglar, deltas, arrecifes de coral, estuarios y bahías.

b) Regional (~100-10000km): incorpora una gran cantidad de hábitats

cercanos o alejados de la costa. c) Global: representa la zona costera del mundo entero, considerando

regiones geográficas representativas. (Gordon et al., 1995). En este trabajo se utilizó la escala espacial a nivel local, debido a que el área de estudio contiene cinco tipos de humedales costeros (bosque de anonas, pistia, popal, tular y manglar) así como un sistema lagunar.

40

La escala temporal se establece dependiendo de los objetivos particulares que se persiguen en el diagnóstico; en este trabajo se estableció un período de nueve meses, en el cual se abarcaron las principales épocas climáticas de la región, como son: temporada de lluvias y secas, así como temporada de nortes. Igualmente existen cuatro tipos de modelos LOICZ: a) modelos de balance, b) modelos de procesos, c) modelos de sistemas y d) modelos pronósticos. Sin embargo, cualquiera que sea el caso, se requiere de información básica del sistema en estudio, tal como: extensión espacial, topografía, volumen de agua, tipos de hábitat dominantes, número de niveles tróficos, etc. (Gordon et al., 1995). Para los objetivos que se persiguen en este trabajo, la aplicación de modelos de balance fueron los más convenientes, ya que éstos permiten estimar la masa o volumen de una variable específica (por ejemplo: agua, salinidad, nitrógeno y fósforo, etc.) para un área geográfica definida en un cierto período de tiempo. Por lo tanto se generaron los datos cuantitativos de dichas variables para el área geográfica de la Mancha y a través de los balances de nutrientes se puede tener una aproximación de las entradas y salidas de los mismos en el sistema lagunar.

• MODELOS DE BALANCE

El modelo conceptual puede ser representado mediante un diagrama de caja (Fig. 23), en el cual se representa el volumen del sistema (V1) así como los aportes de agua dulce, los cuales pueden ser precipitaciones pluviales (Vp), aporte por ríos (Vq), aportes subterráneos (Vg) y otros (descarga de aguas residuales) (Vo), también se toma en cuenta las pérdidas por evaporación (Ve) en el sistema. El concepto fundamental de balance de agua está basado en la conservación del volumen de agua, por lo cual se asume que el volumen de agua permanece constante o que el cambio del volumen acuático a través del tiempo es conocido, por lo cual el flujo neto hacia fuera o hacia adentro es conocido como flujo residual (Vr), el cual es estimado mediante la diferencia en los volúmenes identificados.

41

Este flujo es quien compensa los insumos de agua y la pérdida por evaporación, lo cual permite determinar el tiempo de residencia hidráulico (Th). (Gordon et al., 1995). Los ecosistemas costeros tienen flujos a través de sistemas fronterizos, además del flujo residual. Por ejemplo, estos sistemas tienen flujos de entrada y flujos de salida asociados con mareas, vientos, densidad y patrones de circulación a largo tiempo. Si los valores de salinidad del sistema (S1) y del océano adyacente (S2) son conocidos, entonces es posible llevar a cabo un balance de sal, en el cual se representa el flujo de intercambio (Vx), flujo residual (VrSr) y tiempo de intercambio (T), estos intercambios, principalmente se deben a procesos de mezcla más que de advección. Con respecto al balance de nutrientes (Fig. 24 ), es necesario conocer las concentraciones de nitrógeno inorgánico en el sistema (NIDsist) a través de sus diferentes formas (NO3

- + NO2- y NH4

+) así como de fósforo inorgánico (PIDsist) (PO4

+), igualmente debe conocerse las concentraciones de estos nutrientes en el océano adyacente (NIDoce y PIDoce), por consiguiente es importante tener también las concentraciones de nitrógeno y fósforo en los principales aportes de agua dulce, como son los ríos (NIDq, PIDq) y si es posible los del agua subterránea (NIDg y PIDg). Finalmente con respecto al aporte de nutrientes por precipitación o pérdidas por evaporación, se asume que para fines de balance estos valores son iguales cero (NIDatm y PID atm), en el balance de nutrientes también se determinan los flujos residuales (NIDr y PIDr) con la finalidad de obtener el flujo de nitrógeno ∆NID y fósforo ∆PID en el sistema. (Gordon et al., 1995).

42

Precipitación (Vp) Evaporación (Ve)

Aporte ríos

Flujo residual Aporte ríos (Vr) (Vq) Flujo residual salino (VrSr) Salinidad océano Aporte agua (S2) subterránea (Vg) Flujo de intercambio salino (Vx) Otros (Vo)

Fig.23 . Diagrama de caja ilustrando el balance de agua y sal. Precipitación Evaporación

(NIDp, PIDp = 0) (NIDe, PIDe = 0) Flujo Residual. (NIDr y PIDr) Aporte por río Río ( (NIDq, PIDq) Nitrogeno y fósforo inorgánico en el subterránea océano y laguna. ( (NIDg, PIDg) (NIDoce, PIDoce)

Flujo de Intercambio Vx(NIDoce-NID sist) Vx(PIDoce-PIDsist) Fig.24. Diagrama de caja ilustrando el balance de nutrientes en un cuerpo acuático costero.

Volumen (V1)

Salinidad del sistema (S1)

Tiempo de residencia hidráulico

(Th) Tiempo de intercambio (T)

Nitrógeno inorgánico (NIDsist) y fósforo inorgánico (PIDsist)

en el sistema.

Flujo de nutrientes ∆NID y ∆PID

43

• RESULTADO DE LOS BALANCES APLICADOS La laguna de la Mancha presentó cambios significativos en su volumen de acuerdo a las condiciones que establece la aperura y cierre de la barra, cuando esta se encuentra cerrada, la laguna tiene una profundidad promedio de 1,5m y un volumen de 1.8x106m3, pero cuando ésta se abre la profundidad disminuye a 0.5m y el volumen a 0.9x106m3. De acuerdo a las condiciones climáticas que imperaban en esos momentos, la barra de la laguna se abrió dos veces durante el período de estudio. Por ello se consideró importante llevar a cabo los balances tomando en cuenta este comportamiento, ya que un balance general (anual) no permitiría distinguir el intercambio real que presentó la laguna durante el estudio. La región Nautla- Cardel (20º13'N, 96º45'W-19°19'N, 96°17'W) en la cual se encuentra ubicada la laguna de la Mancha presenta un balance de evaporación-precipitación igual a 0mm, es decir, que la tasa de evaporación (1,500mm) es igual a la precipitación (1,500mm), un poco mas al sur del estado la región Cardel- Tejada (19º19'N, 96º17'W-18º43'N, 95º25'W) se considéra una zona deficitaria (-100mm) siendo la única ya que en el resto del estado la precipitación es mayor a la precipitación (1,700mm). Estos valores se obtuvieron de acuerdo al balance de evaporación-precipitación realizado para el estado de Veracruz previo a este estudio. Estos antecedentes permiten visualizar las condiciones atmosféricas que presenta la región donde se ubica la laguna. Al analizar los cambios de volumen de la laguna, se observó que 1x106m3 de agua fueron incorporados y acumulados en cada período de barra cerrada, por lo cual fue necesario determinar cuanto de este volumen correspondia a aportes por ríos, escurrimientos, agua subterránea, precipitación directa al área lagunar y posiblemente de agua marina incorporada por efecto de la marea o los vientos, para poder llevar a cabo el balance de agua, sal y nutrientes.

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• BALANCE DE AGUA Y SAL, BARRA CERRADA (Marzo a Junio) Durante estos cuatro meses la precipitación en la región fue de 350mm con una evaporación de 650mm, se determinó la precipitación y evaporación para el área lagunar (13.6 x 105m2), obteniendo un VP = 4.62 x 105m3 y un Ve = 8.58 x 105m3. Durante este período, la laguna recibió un aporte de agua dulce de 1x106m3 del cual el 46.2 % corresponde al aporte directo por lluvia, por lo tanto el volumen restante corresponde al aporte del río Caño Grande y Sábalo, el aporte por escurrimientos y agua subterránea están siendo determinados actualmente en la zona. Por tal motivo se agruparon estos aportes para obtener un volumen total Vq+Vg = 5.38 x 105m3. (Fig. 25). Vp = 4.62 Ve = -8.58 Vr = -1.42 VrSr = - 24.6

Vq +Vg = 5.38 S2 = 19.30 ups Sr = 17.30 Vx(S2-S1) = 24.6 Vx = 6.14

Fig.25 . Balance de agua y sal en condiciones de barra cerrada para los meses de marzo,

abril, mayo y junio. Las unidades de volumen del sistema están dadas en x105m3. Los flujos de agua y sal en x105m3/4meses.

V1 = 18.5

S1 = 15.30 ups

Th = 98 días

T = 18.33 días

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El flujo residual (Vr) estimado fue de –1.42 x 105m3, el valor negativo indica que el aporte de agua dulce fue mayor a las pérdidas por evaporación, el flujo residual compensa las perdidas por evaporación contra los aportes de agua dulce, de esta manera se asume que el volumen de la laguna permanece constante durante los cuatro meses que permaneció cerrada, por lo tanto el tiempo de residencia hidráulico (Th) bajo estas condiciones es de 98 días. A pesar de que la barra se encontraba cerrada, la laguna presentó una salinidad (S1) promedio de 15.3 ups lo cual evidencia la presencia de agua marina en el interior de la laguna; en la estación de la barra (S2) se registró una salinidad mayor (19.3 ups) indicando la posible entrada de agua marina por medio de la marea o por influencia de los vientos, contribuyendo de esta manera al aumento del volumen de laguna durante estos meses. El flujo de agua marina (Vx) determinado fue de 6.14 x 105m3, este dato nos indica la cantidad de agua marina que tuvo la laguna, representando aproximadamente el 33% del volumen total. Por lo cual es importante determinar el tiempo de intercambio (T) y este se da en 18 días. • BALANCE DE AGUA Y SAL, BARRA ABIERTA (Julio a

Octubre) Siguiendo el comportamiento de la barra, se observa que para estos meses el volumen de la laguna disminuye a 7.92 x 105m3 manteniéndose así durante cuatro meses, lo cual indíca un aporte constante de agua dulce y marina que le permite mantener este volumen durante el período que permanece abierta. La precipitación para este periodo fue de 930mm y una evaporación de 561mm, la precipitación en el área lagunar (VP) fue de 11.9 x 105m3 y la evaporación ( Ve) fue de 8.59 x 105m3. (Fig. 26)

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Vp = 11.9 Ve = -8.59 Vr = -15.2 VrSr = - 396 Vq +Vg = 11.9

Vo = 0 S2 = 34.75 ups Sr = 25.95 Vx(S2-S1) = 396 Vx = 22.5

Fig.26. Balance de agua y sal en condiciones de barra abierta para los meses de julio, agosto, septiembre y octubre. Las unidades de volumen del sistema están dadas en x105m3.

Los flujos de agua y sal en x105m3/4meses.

En este caso el flujo residual (Vr) fue de –15.2 x 105m3 presentando signo negativo, esto es, que el volumen de agua dulce incorporada a la laguna fue mayor al volumen perdido por evaporación, en este caso el volumen residual es mayor a los meses anteriores, debido a que se presenta la temporada de lluvias. El hecho que esté abierta la barra permite un mayor intercambio de agua por lo cual el tiempo de residencia hidráulico (Th) es de 4 días. La salinidad dentro de la laguna (S1) fue de 17.1 ups y en el océano adyacente (S2) de 34.7 ups, obteniendo un flujo salino (Vx) de 22.5 x 105m3 con un tiempo de intercambio de 1 día y medio aproximadamente. De acuerdo a estos datos la laguna intercambió durante este periodo aproximadamente el mismo volumen de agua marina y agua dulce.

V1 = 7.92

S1 = 17.15 ups

Th= 4 días

T = 1.6 días

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• BALANCE DE AGUA Y SAL PARA BARRA CERRADA (Noviembre a Enero)

Durante estos tres meses la laguna aumentó su volumen a 17.2 x 105m3, incorporándose aproximadamente 1x106m3 de agua, situación parecida al anterior periodo de barra cerrada, solo que en este caso el volumen se incorporó en menos tiempo. En estos meses el aporte por precipitación a la laguna (Vp) disminuyó a 1.21 x 105m3, sin embargo el aporte por ríos, agua subterránea y escurrimientos (Vq+Vg) fue de 8.79 x 105m3, como resultado de los remanentes de la temporada de lluvias (92mm) e início de temporada de nortes, estas condiciones se vieron reflejadas en una disminución en la tasa de evaporación de la región (382mm) dando como resultado un Ve de 5.04 x 105m3. (Fig.27) Vp = 1.21 Ve = -5.04 Vr = -4.96 VrSr = - 87.8

Vq +Vg = 8.79 S2 = 20 ups Vo =0 Sr = 17.71 Vx(S2-S1) = 87.8 Vx = 19.2 Fig.27 . Balance de agua y sal en condiciones de barra cerrada para los meses de noviembre, diciembre y enero. Las unidades de volumen del sistema están dadas en x105m3. Los flujos

de agua y sal en x105m3/3meses.

V1 = 17.2

S1 = 15.42 ups

Th = 35 días

T = 7.11 días

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De esta manera el flujo residual (VR) es de –4.96 x 105m3 durante los tres meses que duró cerrada la barra, equilibrando de esta manera las ganancias por aporte de agua dulce contra las pérdidas por evaporación, bajo estas condiciones el tiempo de residencia (Th) del agua lagunar fue de 35 días. La salinidad que presentó la laguna (S1) fue de 15.4 ups y la salinidad en la estación de la barra (S2) fue de 20 ups, evidenciando la presencia de agua marina en el interior de la laguna. El flujo de agua marina (Vx) fue de 19.2 x 105m3, observándose un mayor aporte de agua marina en comparación con el periodo de barra cerrada anteriormente descrito (Vx = 6.14 x 105m3), sin embargo la salinidad es muy similar; ésto se debe a que, a pesar de que haya entrado una mayor cantidad de agua marina, también la había de agua dulce, por lo tanto al determinar el tiempo de intercambio (T) fue de 7 días, aproximadamente diez días menos que en el otro período de barra cerrada.

• BALANCE DE NUTRIENTES Los materiales disueltos en la columna de agua son intercambiados entre el sistema de interés y los sistemas adyacentes de acuerdo a lo señalado anteriormente en los balances de agua y sal. Por ello se llevaron a cabo balances en los cuales se considera a los materiales que no se comportan conservativamente con respecto a la salinidad, estos balances son calificados como balances de “materiales no conservativos”, ya que las fases disueltas del fósforo y del nitrógeno están involucradas en reacciones bioquímicas y abióticas, estos elementos sufren transformaciones desde el momento en que son medidos, por tal motivo sus concentraciones no se mantienen constantes a lo largo del tiempo. Los balances se elaboraron de acuerdo a las concentraciones que se registraron en la laguna bajo la dinámica de la barra, ya que como se mencionó anteriormente estos elementos no presentan un comportamiento conservativo con respecto a la salinidad.

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• BALANCE DE FOSFORO INORGANICO (DIP) El flujo de fósforo inorgánico disuelto (∆PID) en la laguna de la Mancha se calculó por medio de la ecuación general (Ec 1) de acuerdo a la método propuesto en LOICZ. (Gordon et al., 1995).

∆DIP = -VgDIPg-VrDIPr-Vx(DIPoce-DIPsist) (Ec 1) En el diseño del balance se consideró cuáles de los aportes de agua podrían ser ignorados con respecto a su aporte de fósforo inorgánico disuelto al sistema siendo, por ejemplo, el aporte por agua subterranea (Vg) debido a que no se contaba con datos sobre su composición química, sin embargo es importante contar con esta información cuando se estudien sistemas acuáticos en los cuales el aporte por agua subterránea sea representativa. Para la elaboración de los balances fue necesario convertir las unidades de los nutrientes de µg-at/l a mmol/m3, debido a que los balances realizados en las lagunas costeras mexicanas utilizan estas unidades, estos estudios fueron los que se utilizaron como referencia para el presente trabajo, tomando en cuenta que las bases de datos, utilización de formulas y diagramas fueron en la medida de lo posible similares a los balances realizados anteriormente, en total son doce balances realizados en la república mexicana y están recopilados en Smith et al. (1997). Los datos generados durante las condiciones de barra cerrada presentadas en los meses referenciados (Tabla 5 y 7) indícan que las concentraciones de PID en la laguna son menores a las presentadas cuando la barra se encuentra abierta (Tabla 6) aproximadamente en un 50%, este comportamiento se debe a que el aporte de DIP a través de río Caño Grande es menor (67-95 mmol/m3) al aportado en los periodos barra abierta (170 mmol/m3).

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PID (mmol/m3)

PIDatm 0

PIDsis 84.6

PIDoce 57.3

PIDq 94.8

PIDr 70.95

VrPIDr -8.40E+04

VqPIDq 4.25E+05

Vx(PIDoce-PIDsist) -1.40E+05

∆PID -2.02E+05

Tabla 5. Composición de fósforo inorgánico en la laguna de la Mancha, mar adyacente y principal aporte de agua dulce al sistema, muestras colectadas en Junio del 2002. Se presentan también los valores de los flujos.

PID (mmol/m3)

PIDatm 0

PIDsis 139.50

PIDoce 82.20

PIDq 170.20

PIDr 110.85

VrPIDr -1.41E+06

VqPIDq 1.69E+06

Vx(PIDoce-PIDsist) -1.07E+06

∆PID 7.91E+05

Tabla. 6 Concentración de fósforo inorgánico bajo condiciones de barra abierta en los principales aportes de agua dulce y marina, así como en el sistema lagunar, Con sus

respectivos valores de flujos determinados para el balance.

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PID (mmol/m3)

PIDatm 0

PIDsis 45.60

PIDoce 40.50

PIDq 38.40

PIDr 43.05

VrPIDr -2.37E+05

VqPIDq 3.75E+05

Vx(PIDoce-PIDsist) -1.09E+05

∆PID -2.89E+04

Tabla 7. Composición química de la laguna de la Mancha, mar adyacente y principal aporte de agua dulce, determinados en condiciones de barra cerrada (muestreo realizado en

diciembre), se reportan los valores de los flujos.

Puede observarse que independientemente de la condición de la barra, las concentraciones de fósforo inorgánico en el río y en la laguna son altas, aparentemente como un reflejo de las descargas de aguas provenientes de la agricultura desarrollada en la región. Howarth et al. (2002) reporta que los flujos de nutrientes se han visto alterados por la actividad humana, y en el caso del fósforo aproximadamente unas 14 toneladas son retenidas en el sedimento del océano en un año, derivado de la aplicación de fósforo como fertilizante en la agricultura. Al establecer la relación entre río-laguna, se observa que las concentraciones de PID en el río son más altas que en la laguna y al comparar las concentraciones de PID en laguna-mar adyacente, se evidencia que la laguna presenta una mayor concentración, por lo cual se infiere que en la laguna de presente un reciclamiento del fósforo. (Fig. 28, 29 y 30) El transporte de PID hacia afuera de la laguna se determinó vía flujo residual (VrPIDr) y flujo de intercambio (Vx(PIDoce-PIDsist)). Por ejemplo, cuando la barra se encontraba cerrada en el mes de Junio; el PID exportado por el flujo residual (-84 mol/día) y por el flujo de intercambio (-140 mol/día) es menor al importado por el río Caño Grande (425 mol/día).

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Originando con ello que el flujo de fósforo inorgánico disuelto manifieste un valor negativo ( ∆PID = -202 mol/días), en términos de área lagunar se tiene un ∆PID= 1.5x10-4 mol/m2/día). De acuerdo a este balance, el fósforo inorgánico disuelto es retenido en la laguna con un flujo residual (PIDr) de 70.95 mmol/m3 (Fig 28). (PIDatm = 0)

VrPIDr = -84 VqPIDq = 425 PIDq = 94.80

PIDoce = 57.30 PIDr = 70.95

Vx(PIDoce-PIDsist) VgPIDg=0 = -140 Fig. 28. Balance de fósforo en condiciones de barra cerrada para los meses de marzo, abril,

mayo y junio. Unidades de PIDoce, PIDsist, PIDq, PIDr (mmol/m3). Las unidades de los flujos ∆PID, VrPIDr, VqPIDq, Vx(PIDoce- PIDsist) en mol/día.

En el momento en que la época de lluvias se hace presente en la zona, origina que el volumen de la laguna aumente y la presión ejercida sobre la barra provoca que ésta se abra, estableciendo una dinámica diferente a los meses anteriores. El balance de PID para estas condiciones (Fig. 29) nos muestran que el flujo de PID a través del río (VqPIDq) es de 1,691 mol/día, la exportación de PID hacia el mar adyacente por medio del flujo residual (VrDIPr = -1,408 mol/día) y por el flujo de intercambio (Vx(PIDoce-PIDsist) = -1,073 mol/día) excede al estimado para el río, por lo tanto, aparentemente el sistema es una fuente de PID para el mar adyacente (∆PID = 791 mol/día), en unidades de área lagunar tenemos que el flujo de fósforo inorgánico (∆PID) es de 5.9x10-4 mol/m2/día.

PIDsist = 84.60

∆PID = -202

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(PIDatm = 0)

VrPIDr = -1408 PIDq = 170.20 VqPIDq = 1691

PIDoce = 82.20 PIDr = 110.85

Vx(PIDoce-PIDsist) VgPIDg=0 = -1073 Fig. 29. Balance de fósforo en condiciones de barra abierta para los meses de julio, agosto, septiembre y octubre. Unidades de PIDoce, PIDsist, PIDq, PIDr (mmol/m3). Las unidades

de los flujos ∆PID, VrPIDr, VqPIDq, Vx(PIDoce- PIDsist) en mol/día . Hasta el momento se han analizado las concentraciones de PID en el sistema con respecto al comportamiento de la barra, siguiendo esta misma perspectiva se presenta el segundo período de barra cerrada que registra la laguna (Fig. 30), en el cual las concentraciones de fósforo inorgánico disuelto en la laguna, así como en el río y mar adyacente (Tabla 7) son menores a las registradas en el primer período de barra cerrada (Tabla 5). Sin embargo, en este período el flujo de fósforo inorgánico disuelto (VqPIDq) a través del río Caño Grande fue de 374 mol/día siendo menor que en el otro periodo de barra cerrada (425 mol/día). A pesar de que es temporada de secas existe la influencia de la época de lluvias, ya que el sistema está recibiendo los remanentes de los escurrimientos de regiones aledañas.

PIDsist = 139.50

∆PID = 791

54

Es importante resaltar que este período de barra cerrada tuvo un duración de tres meses en comparación con el otro que fue de cuatro, este último al presentar una mayor duración permite que se den procesos de remineralización de la materia orgánica, ya que el flujo de intercambio (Vx (PIDoce - PID sist) = -140 mol/día) es mayor al flujo residual (VrPIDr= -84), por lo tanto además del aporte de PID a través del río se contempla el que ha sido reciclado en el sistema, estos procesos de remineralización de la materia orgánica han sido reportados en diversos trabajos (Hecky et al., 1988., Knoppers y Kjerfve, 1999., Torres-Alvarado et al., 2001 y Howarth et al., 2002). Por lo que los flujos residuales en el primer período son mayores (70.95 mmol/m3) a los presentados el segundo período de barra cerrada (43.05 mmol/m3). Retomando el comportamiento de la laguna en este segundo periodo de barra cerrada, se observa que el flujo de fósforo inorgánico disuelto (∆PID) es negativo con un valor de -29 mol/día, este flujo se debe a que la exportación de PID menor (VrPIDr = -237 mol/día, (Vx(PIDoce-PIDsist) = -108 mol/día) a la importación del mismo (VqPIDq = 374 mol/día). El flujo de fósforo inorgánico (∆PID) por unidad de área es de 0.02x10-4mol/m2/día. El hecho de que ∆PID haya sido negativo en este caso, indíca que la laguna está reteniendo PID. (PIDatm = 0) VrPIDr = -237

PIDq = 38.40 VqPIDq = 374

PIDoce = 40.50 PIDr = 43.05

Vx(PIDoce-PIDsist) VgD VgPIDg=0 = -108 Fig. 30. Balance de fósforo en condiciones de barra cerrada para los meses de noviembre, diciembre, enero. Unidades de PIDoce, PIDsist, PIDq, PIDr (mmol/m3). Las unidades de los

flujos ∆PID, VrPIDr, VqPIDq, Vx(PIDoce- PIDsist) en mol/día.

PIDsist = 45.60.

∆PID = -29

55

Las altas concentraciones de fósforo inorgánico disuelto presentadas en la laguna de la Mancha, principalmente en la época de lluvias, han sido asociadas al aporte de agua proveniente de la actividad agrícola desarrollada en la región, principalmente al cultivo de caña, esta relación ha sido documentada igualmente por Flores y Lanza (1997) en su balance de nutrientes realizado en la Bahía de Altata-Ensenada del Pabellón, Sonora. De igual manera Howarth et al. (2002) hacen referencia de ésta relación entre las altas concentraciones de fósforo y la actividad agrícola en las bahías estadounidenses ubicadas en la zona del Golfo de México.

• BALANCE DE NITROGENO INORGANICO (NID) En la elaboración de los balances de NID se utilizaron las diferentes formas nitrogenadas determinadas en el estudio (NO3

– + NO2 – y NH4

+ ), igualmente las unidades originales (µg-at/l) fueron convertidas a mmol/m3 . Los balances se elaboraron de acuerdo a la dinámica de la barra, por lo tanto se presentan las concentraciones de NID en la laguna, río Caño Grande y mar adyacente para cada una de las condiciones de la barra, así como sus respectivos flujos de NID (Tabla 8, 9 y 10). De la misma manera, en que se utilizó la Ecuación 1 para determinar el flujo de PID, se utiliza para determinar el flujo de nitrógeno inorgánico (∆ NID).

mmol/m3

NIDatm 0

NIDsist 108.20

NIDoce 84.20

NIDq 116.40

NIDr 96.2

VrNIDr -1.14E+05

Vx(NIDoce-NIDsist) -1.23E+05

∆NID -2.85E+05

VqNIDq 5.22E+05

Tabla .8 Composición de nitrógeno inorgánico en la laguna de la Mancha, mar adyacente y principal aporte de agua dulce al sistema. Se presentan también los valores de los flujos.

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mmol/m3

NIDatm 0

NIDsist 76.40

NIDoce 55.80

NIDq 83.10

NIDr 66.1

VrNIDr -8.40E+05

Vx(NIDoce-NIDsist) -3.86E+05

∆NID 4.00E+05

VqNIDq 8.26E+05

Tabla 9. Concentración de nitogéno inorgánico bajo condiciones de barra abierta , en los principales aportes de agua dulce y marina, así como en el sistema lagunar la Mancha. Con

sus respectivos valores de flujos determinados para el balance.

mmol/m3

NIDatm 0

NIDsist 95.60

NIDoce 76.50

NIDq 87.70

NIDr 86.05

VrNIDr -4.74E+05

Vx(NIDoce-NIDsist) -4.07E+05

∆NID 2.52E+04

VqNIDq 8.56E+05

Tabla 10. Concentración de nitrógeno inorgánico en la laguna de la Mancha, mar adyacente y principal aporte de agua dulce, determinados en condiciones de barra cerrada (muestreo

realizado en diciembre), se reportan los valores de los flujos.

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Siguiendo la dinámica de la barra, el comportamiento del NID en la laguna de la Mancha para el primer período de barra cerrada (Fig. 31) en estas condiciones el flujo de nitrógeno inorgánico (∆NID) fue de -285 mol/día, el signo negativo indica que el flujo de exportación determinado por medio del flujo residual (Vr NID r = -144 mol/día) y por el flujo de intercambio ( Vx(NID oce- NID sist)) es menor al flujo incorporado por el río (Vq NID = 522 mol/día). Considerando el área de la laguna se obtiene un flujo de nitrógeno inorgánico de ∆ NID = -2.1x10-4 mol/m2/día. De acuerdo al balance se observa que el NID es retenido en la laguna, el cual es utlizado por los productores primarios, situación que se ve reflejada en las condiciones autotróficos debido a que se presentan una de las mayores productividades (131 mgC/m3/h). Si en términos de área lagunar se compara el flujo de ∆NID (1.5x10-4 mol/m2/día) y de ∆NID (-2.1x10-4 mol/m2/día) se observa que existe una relación N:P de aproximadamente 2:1, razón por la cual se infiere que el NID es limitante en este período. (NIDatm = 0)

VrNIDr = -114 NIDq = 116.40 VqNIDq = 522 NIDoce = 84.24 NIDr = 96.2

Vx(NIDoce-NIDsist) VgNIDg=0 = -123

Fig. 31. Balance de nitrógeno en condiciones de barra cerrada para los meses de marzo, abril, mayo y junio. Unidades de NIDce, NIDsist, NIDq, NIDr en mmol/m3. Las unidades de

los flujos ∆NID, Vr NIDr, VqNIDq, Vx(NIDoce-NIDsist) en mol/día.

NIDsist = 108.20

∆NID = -285

58

Al momento en que la barra se abre (Fig 32), se exporta al mar adyacente una concentración de NID mayor a la que entra por el río (Vq NID q = 826 mol/día), esto puede observarse en los flujos residuales (Vr NID r = -840 mol/día) y en el flujo de intercambio (Vx(NIDoce- NIDsist) = -386 mol/día) lo cual da por resultado un flujo de nitrógeno inorgánico positivo ∆NID = 400 mol/día y por unidad de área de 3x10-4 mol/m2/día. Por lo tanto al exportarse NID origina que el sistema presente características heterotróficas, acentuando aún más la limitación de este nutriente, situación que se ve reflejada en la productividad primaria, ya que manifiesta una disminución de 18 y 36 mgC/m3/h en promedio para los meses de agosto y octubre, respectivamente. Al establecer la relación entre el flujo de ∆NID (5.9x10-4 mol/m2/día) y ∆NID (3x10-4 mol/m2/día) por unidad de área, tenemos una relación N:P de aproximadamente 3:6, lo cual evidencia el exceso de fósforo inorgánico disuelto en el sistema. (NIDatm = 0)

VrNIDr = -840 NIDq = 83.10 VqNIDq = 826

NIDoce = 55.80 NIDr = 66.1

VgNIDg=0 Vx(NIDoce-NIDsist) = -386

Fig. 32. Balance de nitrógeno en condiciones de barra abierta para los meses de julio, agosto, septiembre y octubre. Unidades de NIDoce, NIDsist, NIDq, NIDNr (mmol/m3). Las

unidades de los flujos ∆NID, Vr NIDr, Vq NIDq, Vx(NIDoce- NIDsist) en mol/día.

NIDsist = 76.40

∆NID = 400

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Finalmente tenemos el segundo periodo de barra cerrada (Fig. 33), en este caso se tiene un flujo de nitrógeno disuelto ∆NID muy bajo, el cual presentó un valor de 25 mol/día dado que el flujo de exportación (VrNIDr = -474 mol/día, Vx(NIDoce- NIDsist) = -407 mol/día) fue mayor al de importación (VqNIDq = 856 mol/día), aunque el flujo de NID haya sido bajo permitió que la laguna presentará características autotróficas, reflejada en una alta productividad (157 mgC/m3/h). Tomamdo en cuenta el flujo de fósforo por unidad de área ∆PID = 0.21x10-4 mol/m2/día registrado en este período y el flujo de nitrógeno ∆NID = 0.27 x10-4 mol/m2/día, da una relación N:P de 1:1. (NIDatm = 0)

VrNIDr = -474 NIDq = 87.70 VqNIDq = 856

NIDoce = 76.50 NIDr = 86.05 VgNIDg=0 Vx(NIDoce-NIDsist) = -407 Fig. 34. Balance de nitrógeno en condiciones de barra cerrada para los meses de noviembre, diciembre, enero. Unidades de NIDoce, NIDsist, NIDq, NIDr (mmol/m3). Las unidades de

los flujos ∆NID , VrNIDr, VqNIDq, Vx(NIDoce-NIDsist) en mol/día.

NIDsist = 95.60

∆NID = 25

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El flujo neto de nitrógeno inorgánico es compensado por el importe de nitrógeno orgánico que es subsecuentemente mineralizado, siempre y cuando las condiciones físicas y químicas (capacidad de intercambio iónico) sean las adecuadas para llevarse a cabo procesos biológicos como la mineralización, inmovilización, nitrificación, denitrificación y reducción de nitratos a amonio. De cierta manera los procesos microbiológicos involucrados en la utilización de la materia orgánica controlan el balance de nitrógeno en ambientes marinos, ya que este proceso dado en ambientes estuarinos disminuye la cantidad de nitrógeno de origen continental transportado al océano.

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CONSIDERACIONES De manera integral los resultados permiten observar los cambios que ha presentado la laguna con respecto al aporte de nutrientes provenientes de fuentes antropogénicas, las cuales han aumentado en los últimos veinte años debido al incremento de actividades agrícolas. Si la región sigue presentando esta tendencia, es probable que la laguna llegue a presentar problemas de eutrofización en años venideros y como consecuencia su productividad se vera afectada reflejándose en la diversidad de sus recursos pesqueros. Los balances hidrológicos evidenciaron la importancia de los aportes de agua dulce a la laguna, si los ríos presentan cambios considerables en su afluente, utilizado para el riego de cultivos, uso domestico o la desviación de sus causes con otros fines, se vera afectado seriamente la hidrología de la laguna. Por ello se recomienda mantener el afluente natural de estos aportes para el propio bienestar de la Mancha. Finalmente al llevar a cabo los balances de nutriente, se hizo evidente la carencia de información específica sobre los procesos biogeoquímicos involucrados, debido a que ciertos procesos se infirieron, sin poder comprobarlos. Por ello es importante llevar a cabo estudios complemetarios referentes al análisis estequiométrico del metabolismo lagunar de la Mancha.

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CONCLUSIONES

La región de la Mancha es de gran importancia, debido a que conjuga diversos ecosistemas costeros.

La barra de la Mancha presenta un comportamiento intermitente debido a que se abre dos veces al año (temporada de lluvias y nortes) exportando el 50 % del volumen lagunar y cerrándose dos veces en temporada de secas.

La laguna se divide en dos zonas de acuerdo a la salinidad.

Las máximas concentraciones de ortofosfatos (14 µg-at/l) se presentan en la temporada de lluvias. El amonio representa de un 80 a 90% del nitrógeno inorgánico total sin presentar variantes a escala temporal.

Procesos microbiológicos como la denitrificación y la reducción de nitratos a amonio, influyen en las variaciones de nitratos y nitritos, estos nutrientes son asimilados en un 90% antes de llegar a la laguna. Con base en la relación de Redfield (N:P) el nitrógeno es el nutriente limitante en este sistema.

Bajo condiciones de barra cerrada la laguna presenta mayor productividad caracterizandose como autotrófica, siendo la zona norte la más productiva. En condiciones de barra abierta la laguna es heterotófica.

La relación entre la productividad y la respiración en la laguna es inversamente proporcional.

El tiempo de residencia del agua cuando la barra está abierta es de cuatro días, llevándose a cabo el intercambio en día y medio. Bajo las dos condiciones de barra cerrada los tiempos de residencia e intercambio para los dos períodos son diferentes. En el segundo período los tiempos son más cortos, debido a que el aporte por ríos fue mayor a la precipitación y a su vez la tasa de evaporación disminuyó.

El fósforo y el nitrógeno son retenidos en condiciones de barra cerrada y exportados en barra abierta.

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